دانشجویان مهندسی مکانیک شهرکرد

SAE یک موسسه غیر انتفاعی بین المللی برای طراحی، تولید، ساخت و تدوین استاندارد خودروها، هواپیماها، فضاپیماها و خودروهای تجاری است که از سال 1905 فعالیت خود را آغاز کرده است. کلمه SAE مخفف انجمن مهندسان خودرو است که تمرکز بیشتر آن بر روی مباحث خودرویی واقع در کشور آمریکا است. این موسسه اقدام به انتشار 13 تکنولوژی مهم و برجسته سال 2016 کرده است که ما در زومیت آن را در دو بخش تقدیم حضور علاقه‌مندان دنیای خودرو می‌کنیم.

ر ساله فناوری‌های زیادی از سوی خودروسازان معرفی می‌شود ولی تنها تعداد محدودی از آن‌ها مهم و تأثیر گذار هستند و توانایی تغییر اساسی در صنعت خودروسازی را دارند. در ادامه به معرفی 13 تکنولوژی برجسته‌ی صنعت خودرو در سال 2016 پرداخته می‌شود که از سوی موسسه‌ی معتبر SAE به عنوان برترین‌های برگزیده شده است.

 پیشرانه‌ی پیشرفته دینامیک چند احتراقه

این تکنولوژی چیست

این پیشرانه، یک موتور احتراقی بنزین‌سوز کوچک 135 کیلوگرمی دو زمانه است که هشت سیلندر محوری آن با چینش قرارگیری پیستون‌ها در مقابل هم تعبیه شده است.

چه کاری انجام می‌دهد

گشتاوری بیش از 660 پوند در هر لیتر در دور 750 دور بر دقیقه تولید می‌کند که نزدیک به 70 درصد کمتر نیاز به تنظیم دقیق اجزاء دارد (عدم حضور مجموعه سوپاپ‎ها). از همه مهم‌تر هزینه ساخت این پیشرانه یک دهم نمونه‌های بنزینی متداول جهت تولید توان مشابه است.

نقاط قوت

در این موتور احتراقی میل لنگ معمول جای خود را با یک جفت دیسک بر روی یک شفت تعویض کرده است. هر کدام از این دیسک‌ها دارای ظاهری موجی شکل هستند تا نقش بادامک را با لغزش بر روی پیستون‎ها و محفظه‌های احتراق بازی کنند. در پایین هر کدام از شاتون پیستون‌ها، غلتکی وجود دارد که این صفحه موجی شکل را به سمت بالا هدایت می‌کند تا عملیات تراکم و خروج گاز صورت پذیرد و در جهت مخالف به سمت پایین که حرکت می‌کند عملیات انفجار انجام می‌شود. با توجه به چرخش میل لنگ‌های معمول، وجود شکل موجی بر روی دیسک موجب حرکت دینامیکی بهینه‌تر پیستون شده که باعث ایجاد عملیات تراکم متفاوت می‌شود. همچنین وجود مکث بیشتر در پایین‌ترین نقطه موجب کنترل بهتر بر روی گازهای خروجی می‌شود و مرحله انفجار (ایجاد توان) مداوم‌تری خواهیم داشت.  فشار پایین (1.5 تا 5 psi) سوپر شارژر موجب مهار (حبس) هوایی می‌شود که کمک می‌کند تا گازهای حاصل از احتراق به واسطه راهگاه خروجی راحت‌تر به بیرون هدایت شوند. پس از بسته شدن دریچه‌های ورودی هوا، نسبت تراکم 10 به 1 در پیشرانه‌های مشتعل شده توسط جرقه‌ (spark-ignited) به وجود می‌آید (البته پیشرانه‌های دیزلی دارای نسبت تراکم بالاتری هستند) و سوخت با فشار 1200 psi به قسمت بالای محفظه احتراق جهت انجام مرحله انفجار تزریق می‌شود. تمام بلبرینگ‌های مورد استفاده در این پیشرانه از نوع غلتکی هستند بنابراین نیازی به پمپاژ روغن نیست. تنها با رساندن روغن به بلبرینگ‌ها مشکل سایش مرتفع می‌شود. رینگ‌ها هم تنها دارای اصطکاک کشویی هستند. گفته می‌شود مصرف سوخت ویژه ترمزی (BSFC) این پیشرانه‌ی احتراقی 15 درصد از نمونه‌ی EcoBoost فورد و 7 درصد از موتور احتراقی آتکینسون تویوتا بهینه‌تر است. بدون در نظر گرفتن گرما متمرکز اطراف سر سیلندر، دمای احتراق این پیشرانه مفروض بسیار پایین‌تر است که موجب می‌شود آلایندگی ناشی از گازهای حاصل خروجی از فرآیند احتراق این اختراع کاهش چشم گیری را تجربه کند.

زمان تجاری شدن

هر چند هزینه ساخت این موتور احتراقی بسیار ارزان تمام می‌شود، ولی هیچ کدام از تجهیزات و فرآیندهای تولید موتورهای احتراق داخلی امروزه قابل استفاده در این نمونه‌ی خاص نیست. بنابراین زمان بسیار زیادی را باید برای فتح بازارهای تولید انبوه خودروهای سواری توسط این پیشرانه، متصور بود.

موتورهای احتراقی HCCI ناتیلوس

این تکنولوژی چیست

پیشرانه‌های بنزین سوزی که از تکنولوژی شارژ همگن تراکمی احتراقی (homogeneous-charge compression ignition) یا به اختصار HCCI استفاده می‌کنند مصرف سوخت بهتر و آلایندگی کمتری دارند.

چه کاری انجام می‌دهد

با تعویض پیستون و سرسیلندر پیشرانه‌های بنزین سوز معمولی و تغذیه‌ی پیشرانه از طریق تزریق سوخت با یک نازل سوخت، عملیات HCCI تمام وقت انجام می‌شود.

نقاط قوت

جنرال موتورز، هیوندا و دیگر خودروساز‌ها به دنبال راهی برای تجاری سازی این طرح هستند. این کار با حذف جرقه شمع در پیشرانه‌های احتراقی در شرایط بهینه‌ی عملکردی محقق می‌شود. مهندسان ناتیلوس (Nautilus) در ویچیتا (Wichita) و کانزاس (Kansas) در حال تحقیق و توسعه بر روی نمونه اولیه موتورهای HCCI با یک پیستون و محفظه احتراق هستند. در مرکز پیستون یک پیستون کوچک دیگری قرار دارد (پیستونی با قطری معادل 1 اینچ در دل پیستونی با قطر 3.25 اینچ قرار دارد) که وارد هوای آزاد بالای سیلندر می‌شود. هنگامی که پیستون کوچک وارد محفظه احتراق کوچک خودش می‌شود ضریب تراکم 10.5 به 1 است، ولی هنگامی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار می‌گیرد ضریب تراکم محلی آن به دو برابر مقدار مذکور افزایش می‌یابد. این مقدار کافی است تا ترکیب سوخت و هوای آن محل منفجر شود تا پیستون را به پایین هدایت کند و سایر ترکیب سوخت و هوای باقی مانده را نیز مشتعل کند. چون چنین پیشرانه‌ای به ترکیب همگنی از هوا و سوخت نیاز دارد، به نازل فشار بالا و اتمیزه کننده سوخت نیاز دارد تا سوخت را وارد مخزن هوا ند و از مخلوط شدن کامل آن‌ها پیش از ورود به سیلندر اطمینان حاصل نماید. سرعت دورانی پیشرانه به وسیله میزان جریان سوخت تنظیم می‌شود و در مواقعی که بارگذاری زیاد است نسبت هوا به سوخت از 24، به 31 به 1 ارتقاء پیدا می کند که منجر به افزایش بازده حرارتی به میزان 50 درصد می‌شود. دمای احتراق پایین (650 درجه سانتی گراد) منجر به کاهش چند برابری آلایندگی ناکس می‌شود.

زمان تجاری شدن

با توجه به قوانین سخت احتراق در SAE، این پیشرانه تنها در رایانه شبیه سازی شده است. انتظار می‌رود که زمان 8 تا 10 هفته‌ای برای ساخت این پیشرانه مورد نیاز باشد. زمان ورود این فناوری به بازار با تخمین خوش‌بینانه حداقل سه تا پنج سال ارزیابی می‌شود.

 خودروی مفهومی تویوتا uBox

این تکنولوژی چیست

خودرویی الکتریکی است که برای خریدارانی که به سختی خودروی خود را تعویض می‌کنند بهینه‌سازی شده است. این خودرو حاصل همکاری مرکز تحقیقات دانشگاه کلمسون (Clemson) آمریکا و کالج طراحی ArtCenter است، تویوتا نقش مشاور را در این پروژه ایفاء کرده است.

چه کاری انجام می‌دهد

برخی از تکنیک‌های تولید فیبر کربن جدید و نوین را معرفی می‌کند.

نقاط قوت

ریل سقف uBox از فیبر کربن خمیده پالتروژن شده، ساخته شده است. ممکن است واژه پالتروژن کمی نا آشنا به نظر برسد؛ پالتروژن فرآیندی است که با کشیدن کربن بافته شده به همراه رزین در یک دوزه داغ به منظور فرم دهی انجام می‌شود. فرآیند فرم دهی مانند فرآیند اکستروژن فلز است که با گذراندن فلز مایع از میان دوزه‎های (قالب‎های) مختلف انجام می‌شود. شرکت‌هایی نظیر ACP Composite لوله‌های (تیوب‌های) متعددی را پالتروژن می‌کنند که در صنایع هواپیمایی کاربرد فراوانی دارد. گروه Deep Orange روشی ابتدا کردند که قطعات پالترود شده را به وسیله‌ی تغییر مسیر کشش از میان دوزه‎ها انحنا می‌دهند.

زمان تجاری شدن

پس از به کارگیری این دانشجویان توسط شرکت‌های خودروسازی، می‌توان انتظار دیده شدن این محصول در بازار را داشت.

باتری یکپارچه با شاسی EMBATT

این تکنولوژی چیست

سازه‌ای قدرتمند که منبع انرژی الکتریکی مورد نیاز ادوات برقی خودرو نیز است.

چه کاری انجام می‌دهد

این تکنولوژی فضای مورد نیاز باتری را از بین می‌برد و آن را با شاسی خودرو یکپارچه می‌کند.

نقاط قوت

ساختار باتری به صورت ذاتی دارای چگالی انرژی بیشتری نسبت به سایر دستگاه‌های ذخیره ساز است. بسته‌های باتری امروزه از ماژول‌های دسته‌بندی شده، ساخته شده‌ که هر کدام از ماژول‌ها تعداد معینی از سلول‌های باتری را در خود جای داده است. سیم‌کشی، سیستم‌های خنک کاری و مباحث الکترونیکی تمام این زیرگروه‌ها به طور کامل پیش بینی شده است. بنا به اظهارات کارستن مولر از شرکت IAV ، تنها 35 درصد از فضای باتری‌های متداول سنتی به مواد تشکیل دهنده‌ی باتری اختصاص یافته است. سازه‌ی باتری EMBATT امیدوار است این عدد را به 80 درصد برساند تا با افزایش چگالی به فضای کمتری نیاز باشد. ولفگانگ ریمن نیز  اظهار داشته که این بسته‌ی باتری فوق العاده جمع و جور، دارای چگالی انرژی 450 Wh/I است بنابراین افزایش برد حرکتی خودروها به میزان 1000 کیلومتر دور از انتظار نیست. موسسه مشاوره مهندسی IAV با شرکت خدمات مهندسی GmbH و Fraunhofer IKTS در این پروژه همکاری می‌کند. با توجه به اظهارات ماریک ولتر از شرکت Fraunhofer IKTS، قیمت این بسته‌ی باتری 225 دلار در هر کیلو وات ساعت است که نسبت به نمونه‌های مشابه در بازار کاهش محسوسی داشته است. نمونه‌ی اولیه این سیستم باتری از لیتیوم-تیتانیوم به عنوان آند و نیکل/منیزیم/کوبالت به عنوان کاتد و همچنین از مایع به عنوان الکترولیت استفاده می‎کند. در فاز بعدی پروژه به منظور دوری از پیچیدگی‏‌های مربوط به آب‌بندی از ماده دیگری به عنوان الکترولیت استفاده می‎شود که جامد باشد.

زمان تجاری شدن

مولر گفته است که اولین نمونه‌ی این باتری تا سال 2020 معرفی می‌شود که پس از آن 3 تا 5 سال زمان نیاز است تا به تولید انبوه برسد.

نظر شما در رابطه با فناوری‌های معرفی شده در سال 2016 چیست؟